microRNA在脊柱脊髓损伤中作用的研究现状与进展

李贺祥，丛 岩，王佳瑶 ，邱 涛 综述，王春庆 审校

(1.贵州医科大学临床医学院，贵阳 550004；2.贵州医科大学附属医院创伤骨科，贵阳 550004)

作为中枢神经系统中较为严重的创伤之一，脊髓损伤(SCI)是脊柱骨折的严重并发症[1]。其早期主要有因损伤组织缺血、水肿、氧自由基形成及炎性反应等多种因素联合作用引起的暂时性或永久性的病理生理改变，最终可导致肢体运动和感觉能力丧失[2]，目前尚无令人满意的疗法[3]。最近有研究表明，SCI的继发性损伤和损伤后神经再生过程受到microRNA(miRNA)的显著调控,对与SCI相关的miRNA的研究可以提高对疾病进程的认识，从而为临床医生提供治疗SCI及预测临床预后的机会[4]。

miRNA是一种长度约为22个核苷酸的非编码小分子RNA，具有在转录水平调控基因表达的功能。作为转录调节者，miRNA能调控蛋白质的合成，因此可以调控疾病和发育的每一个进程。miRNA涉及调节生理条件下神经系统的发育及功能完善的每一个过程，包括神经细胞正常形态结构的维持、轴突生长、突触可塑性、功能及形态维持等方面[5]。此外，miRNA还参与病理条件下SCI过程，且在某些方面反映出损伤的严重程度[6]。既往的研究表明，miRNA可能参与了神经退行性变，提示miRNA表达的改变也可能参与了包括脊髓在内的创伤后继发的中枢神经系统损伤[7],YUNTA等[8]通过构建创伤型SD大鼠SCI模型，并对SCI后不同时间点大鼠miRNA的表达进行生物信息学分析，结果证明了miRNA的表达变化参与了包括炎性反应、细胞凋亡及星形胶质细胞增生等多个SCI病理生理过程[9]。现就miRNA在SCI中作用的研究现状及进展综述如下。

1 miRNA与SCI后炎性反应

SCI是因原发性损伤和炎性反应引发的继发性损伤所共同导致的创伤性疾病[10]，在急慢性SCI的发病机制及神经、组织损伤等重要环节的炎性反应中发挥着主要调控作用，也是继发二次损伤的关键条件之一[11]。近期研究发现SCI后炎性相关miRNA会发生表达改变,提示这些miRNA可能在调控炎性反应介导的继发性损伤环节起到关键作用[12]。

LIU等[13]通过生物信息学分析显示，一些炎症介质基因，如肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)和细胞间黏附分子1(ICAM-1)是miR-411、miR-99a、miR-34a mir-384-5p和mir-30b-5p的潜在靶基因，在SCI后表达下调，这表明SCI后miRNA本身及其潜在靶基因的表达都发生变化，而这些靶基因正是编码以SCI为发病基础的炎症、氧化损伤和凋亡等相关蛋白的基因。SCI发生后会促发炎性反应，炎性细胞因子如TNF-α、IL-6 、1L-1β及花生四烯酸代谢产物等水平在6 h内明显上升[14]，当这些因子位于SCI中心处并高度表达时，miR-223也在同一损伤区域明显高表达，提示SCI中miR-223与炎症因子参与的炎性反应存在相关性[15-16]；JEE等[17]在正常小鼠脊髓中注射miR-20a,发现在小鼠脊髓组织中发生炎性反应,并因此导致神经元死亡,整个病程与人因创伤导致的SCI相似；JEE还将miR-20a抑制剂注射到小鼠SCI部位使miR-20a表达沉默,后期发现小鼠后肢活动日渐恢复,且该组神经元死亡较少，这表明miR-20a不仅参与了SCI后炎性反应过程，同时也与损伤后功能恢复有关。miR-126是在血管内皮细胞中高度富集的miRNA，既往研究证实其在SCI后表达下调[18]。HU等[18]在创伤型大鼠SCI模型中，通过上调miR-126的水平能够促进血管新生，抑制白细胞外渗进入损伤脊髓，因此，目前的研究表明，miR-126在SCI后促进血管生成和抑制炎症进展中发挥了重要作用。在SCI中，由于炎性反应所引起的继发性损伤会再一次加重对机体的打击[19]，miRNA在调控炎性因子和炎性介质所介导的继发性损伤中起关键性作用，有望成为治疗SCI的一种潜在途径。

2 miRNA与SCI后细胞凋亡

细胞凋亡是基因调控的细胞自主有序的死亡形式之一，SCI后广泛出现神经细胞凋亡现象，它是SCI后影响损伤修复的一个关键因素，尤其是继发性损伤。早期研究证实，SCI后发生神经细胞死亡现象并不是SCI的直接作用而是因为继发了细胞凋亡[20]。因此，抑制SCI后神经细胞的凋亡对促进早期神经功能恢复进而改善机体预后有着重要意义。已有文献报道在小鼠SCI后出现miR-486水平上调[21]，NeuroD6水平下调[22]。NeuroD6是一种神经保护基因，与神经元分化和氧化应激反应相关[23]。当抑制miR-486表达后，NeuroD6的蛋白水平升高，提示miR-486可调控NeuroD6的基因水平而发挥抑制凋亡并改善运动功能的作用。同样，miR-20a被证实可通过调控凋亡相关蛋白进而影响脊髓及运动功能的恢复[1，23]。HU等[24]通过构建创伤型SD大鼠SCI模型，利用微阵列分析数据筛选出最明显表达上调的miR-21作为目标miRNA，研究其功能，并通过鞘内注射antagomir-21使miR-21表达沉默，HU发现与阴性对照组比较，antagomir-21干预组在SCI后细胞凋亡显著增加。在许多疾病和细胞类型中，促凋亡基因Fas配体(FasL)，磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)及程序性细胞死亡蛋白4(PDCD4)被证明是miR-21的直接靶点。HUANG等[25]在对川芎嗪(TMP)在SCI中的保护作用机制的研究中发现，TMP改善运动功能恢复和减少细胞凋亡的作用机制可能为TMP上调了miR-21的表达，同时抑制了FasL、PDCD4和PTEN的表达。这些结果提示miR-21在调控SCI后继发性细胞死亡中发挥了重要作用，而miR-21的保护作用可能是其对促凋亡基因调控的结果。ZHU等[26]的研究也揭示了miR-494通过调控磷酸酶张力蛋白基因(PTEN)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路在SCI大鼠中起到神经保护作用。有研究发现在SCI大鼠鞘内注射antagomir-223能够显著抑制细胞凋亡和促使SCI后大鼠后肢运动功能恢复。因为antagomir-223能够显著降低促凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)相关X蛋白(Bax)和重组人半胱天冬酶3(caspase-3)的表达水平，并调节抗凋亡的Bcl-2蛋白水平及谷氨酸受体2(GluR2)的表达，这表明通过抑制miR-223的表达在SCI后功能恢复、血管生成和抗凋亡等方面起到重要作用[27]。此外，一些凋亡相关基因如caspase-3、钙蛋白酶(calpain)1、calpain 2、Bcl-2、c-Myc和凋亡诱导因子基因都可能是一些SCI后下调的miRNA(如miR-124，mir-235-3p、miR-137、mir-30b-3p)和上调的miRNA(如miR-1、miR-15b、miR-34、miR-145)的潜在靶基因。而抗凋亡相关基因包括Bcl2-1和Bcl2-2基因等可能是SCI后一些被上调的基因如miR-21、miR-146a、miR-20a、miR-145、miR-214、miR-674-5p、miR-15b、miR-17、miR-206和miR-672的潜在靶基因[28]。也有一些miRNA如let7/miR-98家族，其表达改变对凋亡的影响仍有争议，因为他们对细胞凋亡作用根据情况不同而有所变化。此前发布的研究表明，大多数这类miRNA是通过P53和Akt通路或沉默关键细胞凋亡的分子，如caspases-3、caspases-9、Fas/CD95、c-Myc或Bcl-2蛋白家族的几个成员发挥调节细胞凋亡作用的[14]。

3 miRNA与SCI后神经再生与修复

SCI后中枢神经系统自我修复和再生能力有限，而脊髓与机体的感觉和运动功能相关，因此研究如何促进损伤后神经元再生、神经功能恢复显得尤为重要。作为内源性调控因子的miRNA,具备调控超过1/3的人类基因的非编码小分子RNA的能力[29]。因此,靶向miRNA调控可以有效地促进SCI的修复。当前关于miRNA在神经细胞轴突间作用的研究很多，YU等[30]在斑马鱼脊髓横断损伤后检测到再生的脑干神经元中的miR-133b水平上调，使miR-133b水平下调后斑马鱼运动功能及神经再生情况明显减弱。生物信息分析和靶基因预测提示RhoA蛋白为miR-133b的可能靶基因，在斑马鱼SCI后出现RhoA 基因水平上调，且这种上调的基因能够使损伤后运动功能恢复减弱[31]。miR-133b在SCI的作用机制中一个重要的关键性因素是通过其mRNA直接作用降低RhoA蛋白水平来实现的[32]。SCI后miR-133b可通过对RhoA蛋白的调控影响轴突再生从而在损伤修复及功能恢复过程中发挥作用。陈琨等[3]研究中证实了miR-152在SCI中的重要作用是促进了神经轴突的生长。在YI等[33]的研究中，miR-155表达缺失促进了SCI后髓鞘修复过程，可用于SCI和其他中枢神经系统疾病治疗的新靶点[34]。OBERNOSTERER等[35]报道表明,在神经系统中高表达的miR-138在调节神经生长和神经再生过程中起到关键性作用。SCI可导致星形胶质细胞增生，星形胶质细胞增生是SCI早期的增生性反应，可修复受损的血脑屏障和随后的增生性反应并最终形成胶质瘢痕。胶质瘢痕的形成限制了损伤范围的扩增,但其增生却使得轴突的伸长受限。BHALALA等[36]在小鼠SCI模型中发现，星形胶质细胞病变附近检测到高水平的miR-21，而未受伤的脊髓星形胶质细胞表达区检测到的miR-21却是低水平的，星形胶质细胞中miR-21过表达能使SCI星形胶质细胞肥大反应减弱。在星形胶质细胞中应用miRNA海绵技术抑制miR-21不但会增强肥大反应，还增加了病变部位神经轴突密度。研究miR-21在SCI后纤维化瘢痕形成的重要作用及机制，将可能为促进SCI后轴突再生和功能恢复的治疗目标[37]。

4 总结与展望

大量研究证据表明miRNA在SCI后复杂的病理生理过程(如炎性反应、神经生长、增殖和凋亡)中起到了重要的调控作用，如今更多与SCI有关的miRNA还有待发现，相关证据和资料也亟待收集。随着各项基因检测技术的迅速发展，基因调控的研究不断深入，关于miRNA的基础研究越来越多。有更多的研究者们参与进来，探讨如何通过合理有效调控与SCI靶向相关的miRNA的表达，而实现其对SCI更好地预防、诊断及治疗价值。干预miRNA的表达对减少SCI继发性损伤及神经功能恢复改善有重要意义，可能成为治疗SCI的有效靶点，可为探索新的临床治疗SCI及其他病症的治疗方法提供新思路、新技术与新途径。